汽车电子控制技术-第2版-教学课件-作者-周云山-第二章-发动机燃油供给的电子控制系统

第二章发动机燃油供给的电子控制系统第一节概述第二节汽油机的电子控制第三节电子控制多点汽油喷射系统第四节柴油机的电子喷射系统第一节概述发动机燃油供给系统的主要任务：控制进入气缸的可燃混合气的空燃比和流量，保证发动机的正常运转。目前，汽油机的燃油供给方式有化油器和喷射式两种。化油器式燃油供给是汽油机的传统供油方式，其原理即利用空气流经节气门上方喉管处产生的负压将燃油吸出与空气混合成可燃混合气。一、可燃混合气的配制要求1.空燃比对发动机性能的影响图2-22.发动机各种工况对混合气的要求在不同工况与车况下，发动机对可燃混合气空燃比的要求是不同的。我们主要分析稳定工况和过度工况下对混合气的要求。（1）稳定工况发动机在一定时间内转速与负荷没有突变，正常运转的状态。可分为怠速工况、中等负荷工况、大负荷工况、全负荷工况等。由下图可以看出，稳定工况下，所需混合气空燃比随着发动机负荷的变化有所区别。图2-3图中：A点：怠速工况；AB段：小负荷工况；BC段：中等负荷工况；CD段：大负荷工况；D点：全负荷工况；怠速：汽油雾化蒸发较差，进气管真空度高，使得气缸内废气率较大，因而要求混合气较浓；小负荷：汽油雾化增强，混合气浓度随负荷增加而减小；中等负荷：混合气燃烧条件充分，配制较稀的混合气可以获得最佳燃油经济性；大负荷：要求按经济性要求加浓混合气，以满足发动机功率需求；全负荷：节气门全开，混合气浓度要求能提供最大功率，从大负荷工况到全负荷工况的过程，混合气加浓也是逐渐变化的。各工况的混合气配置要求：冷启动：低温情况下，燃油蒸发率很小，浓混合气才能达到冷启动要求；暖机：发动机进入怠速工况前，随着温度逐渐上升，较浓混合气的空燃比逐渐增大；加速：节气门开度的突然增加，燃油在进气管壁的沉积，为避免实际混合气变稀，配制加浓混合气以提供更好的加速性；减速：节气门突然关闭，进气管真空度急剧增高使进气管壁面上的燃油蒸发，造成混合气过浓，需提供较稀混合气；（2）过度工况过度工况可分为冷启动、暖机和加、减速三种工况。燃油喷射控制系统：根据空气进气量和混合气配置要求的空燃比确定所需汽油量，通过喷油器开启时间对喷油量做精确控制。燃油在一定压力下喷入进气道或气缸内，与空气混合。三、燃油喷射供油方式图2-4一、电喷系统的分类1.按系统控制模式分类可分为开环控制和闭环控制两类。（1）开环控制将实验所确定的计算喷油量所需的数据存入ECU，发动机运行时以此为依据求得最佳供油量并发出控制信号，完成开环控制。开环控制系统只受发动机运行工况的相关参数控制，简单易行但控制精度受控制系统各部分影响，系统抗干扰能力较差。第二节汽油机的电子控制又称为反馈控制系统，加入了反馈传感器，输出反馈信号给控制器，以随时修正控制信号。闭环控制系统在排气管上装了氧传感器，测出燃烧室混合气空燃比，信号反馈给ECU，修正喷油量信号。闭环控制有较高的控制精度，抗干扰能力强。（2）闭环控制可分为机械式、机电混合式和电子控制式三种。（1）机械式（K系统）K系统采用连续喷射方式，喷油量采用机械式计量方式，喷油量的修正也采用机械装置。（2）机电混合式（KE系统）在K系统基础上添加ECU，接受传感器信号对不同工况下的空燃比进行修正。（3）电子控制式（E系统）E系统采用全电子控制方式，燃油计量采用ECU和电磁喷油器实现，实现空燃比精确配制。2.按喷油实现的方式来分类3.按喷油器数目的多少来分类可分为单点喷射（SinglePointInjection，SPI）、多点喷射（Multi-PointInjection，MPI）两种形式。单点喷射喷油器装在节气门体上或稳压箱内，向进气总管喷油；多点喷射喷油器装在每个气缸进气缸附近，向各缸喷油。图2-64.按喷油器的喷射方式来分类可分为连续喷射、间歇喷射两种形式。连续喷射系统不考虑发动机工作时序，控制系统结构较简单；间歇喷射的喷油频率与发动机转速同步，喷油量可控，控制精度较高。图2-75.按喷油器的喷射部位来分类可分为缸内喷射、缸外喷射两种形式。缸内喷射将油喷到燃烧室内，对供油系统等多方影响，较少采用；缸外喷射喷油器装在每个气缸进气缸附近，向各缸喷油。缸外喷射缸内喷射6.按空气量的检测方式来分类可分为直接检测、间接检测两种方式。直接检测又称质量—流量（mass-flow）方式。间接检测可分为速度—密度（speed-density）方式和节气门—速度（throttle-speed）方式。二、电喷供油方式的优点1.混合气分配均匀性好；2.混合气配制精度高；3.加速响应好；4.良好的起动性能和减速断油；5.充气效率高；6.环保性佳、燃油经济性好；第三节电子控制多点汽油喷射系统电控汽油喷射（ElectronicFuelInjection，EFI）系统通过对燃油喷射的时间控制调节喷油量，为实现空燃比的高精度控制，要对进入气缸的空气量进行精确计量。目前，汽车上应用的EFI系统根据进气量检测方式不同可分为D型和L型两种。（1）D型EFI系统通过检测进气歧管的真空度来测量发动机吸入的空气量（2）L型EFI系统用空气流量计直接测量发动机吸入的空气量一、MPI系统结构及工作原理EFI系统由空气供给系统、燃油供给系统及电子控制系统三大部分组成。空气供给系统燃油供给系统电子控制系统作用测量和控制汽油燃烧时所需空气量产生系统油压、传递燃油、调节油压并进行滤清，供给发动机燃烧过程中所需的燃油根据发动机运转状况和车辆运行状况确定汽油最佳喷射量，以控制发动机最佳空燃比组成空气滤清器、空气流量计、辅助空气调节器、节气门室、怠速调节螺钉等燃油泵、油压脉动阻尼器、燃油滤清器、冷启动阀、喷油器、压力调节器等传感器、ECU、执行器二、MPI系统各部件的结构及功用1.空气供给系统过滤后的空气通过空气流量计测量，再经节气门体进入进气总管，在进气总管或进气歧管处形成混合气再进入燃烧室。（1）空气流量计用于测量发动机进气量，是用来确定基本喷油量的主要依据之一。按结构类型可分为：；翼板式空气流量计、卡门旋涡式空气流量计、热线式空气流量计和热膜式空气流量计。（2）进气歧管绝对压力传感器依据发动机负荷变化测出进气歧管压力，间接测算出发动机进气量。按信号产生原理可分为：半导体压敏电阻式、电容式、膜盒传动的可变电感式和表面弹性波式等。（3）节气门室用于控制发动机进气量，以改变发动机运行工况。由节气门、怠速空气通道、怠速调节螺钉和节气门开关等组成。（4）节气门位置传感器检测节气门开度、怠速、大负荷等信息，对发动机各工况喷油量和点火提前角进行最优控制。有线性输出和开关量输出两种类型。2.燃油供给系统燃油泵将燃油从燃油箱传给喷油器，燃油压力调节器控制喷油器油压，多余燃油返回燃油箱。（1）燃油泵用于向喷油器及冷启动阀提供一定压力的燃油。按安装位置分：内置式、外置式；（2）燃油滤清器用于滤除燃油中的杂质水分（3）压力调节器根据进气歧管绝对压力调节燃油总管油压，使喷油器相对压力保持恒定，则喷油器喷射量由喷油器开启时间决定，使喷油量得到精确控制。图2-12（4）喷油器根据ECU发出的喷油脉冲信号，将精确计量的燃油喷成雾状。喷油器接收ECU控制信号，电磁线圈通电产生电磁吸力，针阀铁心升起，针阀离开阀座，喷油器打开，将燃油喷成雾状。根据燃料送入方式分为：顶供式、底供式；根据驱动电路类型分为：低阻式、高阻式；根据喷油器喷口特点分为：轴针式、片阀式；图2-13（5）冷启动阀用于低温启动时额外喷射一部分燃油，便于发动机启动。（6）温度时间开关与冷启动阀串联使用，可感知冷却液温度，由此控制冷启动阀打开或关闭。3.电子控制系统电子控制系统接收来自空气流量计、点火线圈等传感器的信号，分析计算确定喷油量，控制喷油器工作。三、MPI系统的汽油喷射控制汽油喷射控制主要指喷油正时及喷油量控制。1）喷油正时由曲轴转角传感器发出的脉冲信号决定，用于确定喷油器的各喷油器的开启时间。2）喷油量控制根据发动机工况对喷油量进行修正。1.冷启动工况冷启动要求较浓混合气，以冷却液温度表征发动机实际温度，决定配制的混合气浓度。可以采用冷启动阀对混合气加浓，或加宽供油脉宽。2.暖机工况以冷却液温度为依据，供应合适的加浓混合气，直到冷却液温度达到预定值。3.加速工况节气门开度增大，EFI系统中，考虑动力输出，ECU发出增加供油脉宽的指令；L型EFI系统中，空气流量计翼板上的冲量会提供较多燃料供给的信号。4.减速工况减少发动机供油量。5.怠速控制调整怠速调节螺钉旁通横截面积，控制怠速混合气浓度。6.全负荷加浓全负荷运行要求较大转矩，配制加浓混合气，对发动机进行开环控制。一、柴油混合气的形成与燃烧过程柴油机与汽油机混合气燃烧过程的区别表现如下：1）相对汽油而言，柴油粘度大、蒸发性差，因而不能通过化油器在气缸外部与空气形成混合气，只能采用高压喷射的方法把柴油喷入发动机气缸，直接在气缸内形成混合气。2）由于在压缩行程终了时才向燃烧室喷油，使得混合气形成时间很短，造成燃烧室混合气的不均匀，随着燃油的喷入，气缸内混合气成分不断变化。3）柴油机的不均匀混合气是在高温、高压环境下自行着火燃烧的，其混合气的燃烧控制复杂。第四节柴油机的电子喷射系统1.柴油混合气的形成柴油机的混合气形成受下列因素影响：（1）供油时间和喷油时间喷油时间比供油时间稍有延迟，影响发动机排放等性能指标。（2）喷油规律受喷油泵机械特性影响，柴油机喷油规律不是常数。（3）燃油喷雾燃油喷雾与燃烧室气流运动和燃烧室的设计紧密配合。（4）喷油压力喷油压力影响喷油量及燃油的雾化。（5）过量空气系数柴油机负荷通过供油量调节，为完全燃烧和降低排放，一般采用较大过量空气系数。2.柴油混合气的燃烧过程柴油机燃烧过程分为着火延迟期、速燃期、缓燃期和补燃期四个阶段，如下图。图2-15着火延迟期：柴油喷入燃烧室到开始燃烧引起压力升高，压力脱离压缩线急剧上升的时间段；速燃期：燃烧室压力脱离压缩线急剧上升到燃烧室压力上升到最大的时间段。缓燃期：燃烧室压力最大点到温度最高点的时间段；补燃期：燃烧室温度最高点到燃油基本燃烧完的时间段；3.柴油机的排放和汽油机比，柴油机压缩比高、过量空气系数大，所以CO、HC和Nox的排放均较低。柴油机燃烧中，微粒排放是较大问题。二、柴油机电子控制喷射系统柴油机电控技术与汽油机电控技术有许多相似处，柴油机电控技术的区别特点是：关键技术和技术难点是柴油喷射电控执行器；柴油电控喷射系统多样化。柴油机电控喷射系统发展：一代是位置控制系统，二代是时间控制系统，三代是共轨控制系统。1.位置控制系统传统喷油泵中的齿条或滑套的运动位置从机械